JPH03233336A - Pressure transmitter - Google Patents

Pressure transmitter

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JPH03233336A
JPH03233336A JP2893190A JP2893190A JPH03233336A JP H03233336 A JPH03233336 A JP H03233336A JP 2893190 A JP2893190 A JP 2893190A JP 2893190 A JP2893190 A JP 2893190A JP H03233336 A JPH03233336 A JP H03233336A
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capacitance
ram
sensor
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Hiroshi Takagi
浩 高木
Toshiaki Kawakami
敏明 川上
Tetsuo Ando
哲男 安藤
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve working efficiency and to reduce a cost by finding the factor of a correction curve by supplying calibration input to specific arithmetic expression, specifying and calculating the correction curve which corrects the characteristic of a differential capacity sensor by using the factor. CONSTITUTION:Calibration pressure Pc is applied to the differential capacity sensor 29 for three times, and electrostatic capacitance C1, C2 are read in with the sensor 29 under the control of a CPU 37, and they are converted into digital signals Vc, and are stored in a RAM 35. An arithmetic operation is executed by an arithmetic program stored in a ROM 36 by using three pairs of data stored in the RAM 35 in such way, and the proper factors (a), (b), and (c) of the sensor 29 are defined, and they are stored in a prescribed area of the RAM 35. Secondly, correction arithmetic expression I is defined by using defined factors (a), (b), and (c). Correction arithmetic expression II stored in the RAM 35 is stored fixedly in the ROM 36 functioning as an EEPROM. After that, the CPU 37 calculates applied measuring pressure PM from a capacity signal VM obtained via an A/D converter 33 when the measuring pressure PM is applied, and outputs it via a D/A converter 44. Hereinafter, the pressure is measured repeatedly.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、差動容量形のセンサを用いて圧力(差圧も含
む)を電気信号に変換する圧力伝送器に係り、特に入出
力特性を補正して精度を向上させるように改良した圧力
伝送器に間する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a pressure transmitter that converts pressure (including differential pressure) into an electrical signal using a differential capacitance type sensor, and particularly relates to a pressure transmitter that converts pressure (including differential pressure) into an electrical signal using a differential capacitance type sensor. Improved pressure transmitter to compensate for and improve accuracy.

〈従来の技術〉 一般に、静電容量形のセンサを用いて圧力を電気信号に
変換する場合にはその入出力特性が非直線性を持ってお
り、しかも各センサごとに興なつた特性を持つ。
<Conventional technology> Generally, when converting pressure into an electrical signal using a capacitance type sensor, its input/output characteristics have nonlinearity, and each sensor has unique characteristics. .

従って、あらかじめ校正圧力を印加することにより、例
えばマイクロコンピュータユニットのメモリの中にこの
入出力特性をそれぞれのセンサ固有のデータとして格納
しこの固有のデータを用いてマイクロプロセッサユニッ
トにより出力演算がなされる。このため、精度の良い圧
力/電気信号変換を実現するためには、この入出力特性
は各センサごとに正確にメモリの中に設定する必要があ
る。
Therefore, by applying a calibration pressure in advance, this input/output characteristic is stored in the memory of a microcomputer unit as data unique to each sensor, and output calculations are performed by the microprocessor unit using this unique data. . Therefore, in order to achieve accurate pressure/electrical signal conversion, this input/output characteristic must be accurately set in memory for each sensor.

従来は、一般に実際の各センサの入出力特性を近似する
のに例えば第6図に示すような折れ線近似で設定するこ
とが行われている。
Conventionally, in order to approximate the actual input/output characteristics of each sensor, setting is generally performed using a polygonal line approximation as shown in FIG. 6, for example.

第6図(イ)において横軸は入力である校正圧力、縦軸
は出力である電気信号であり、破線は実際の特性、点線
は折れ線近似を示している。この様に折れ線近似をした
ときには第6図(ロ)に示すように出力誤差としてさな
る誤差を発生することとなる。
In FIG. 6(a), the horizontal axis is the input calibration pressure, the vertical axis is the output electrical signal, the broken line shows the actual characteristics, and the dotted line shows the polygonal line approximation. When the polygonal line approximation is performed in this way, an additional error will be generated as an output error as shown in FIG. 6(b).

また、他の入出力特性の設定として実際の各センサの入
出力特性に対して第7図くイ)に示すような多項式で近
似することも行われる。
In addition, to set other input/output characteristics, the actual input/output characteristics of each sensor are approximated by a polynomial as shown in FIG. 7(a).

第7図(イ)において横軸は入力である校正圧力、縦軸
は出力である電気信号であり、破線は実際の特性、点線
は多項式近似を示している。この様に多項式近似をした
ときにも第7図(ロ)に示すように出力誤差としてさな
る誤差を発生することとなる。
In FIG. 7(A), the horizontal axis is the input calibration pressure, the vertical axis is the output electrical signal, the broken line shows the actual characteristics, and the dotted line shows the polynomial approximation. Even when polynomial approximation is performed in this way, an additional error is generated as an output error, as shown in FIG. 7(b).

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このように入出力特性をマイクロコンピ
ュータユニットのメモリの中に設定する場合には近似式
を用いているので、少なからず誤差を含んでいる。その
上に、精度を向上させようとすると折れ線近似の場合に
は直線区間を短くして折れ曲がり点を細かくとる必要が
あるので、校正点数を増やさなければならない不便があ
り、また多項式近似の場合は多項式の次数を上げる必要
があるので、未知数が増加して校正点数を増加させなけ
ればならず作業効率が低下するという問題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, when setting the input/output characteristics in the memory of the microcomputer unit in this way, an approximation formula is used, so it contains a considerable amount of error. In addition, in order to improve accuracy, in the case of polynomial approximation, it is necessary to shorten the straight line section and take fine bending points, so there is the inconvenience of having to increase the number of calibration points, and in the case of polynomial approximation, Since it is necessary to increase the degree of the polynomial, there is a problem in that the number of unknowns increases and the number of calibration points must be increased, resulting in a decrease in work efficiency.

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、移動電極に対
して第1電極と第2電極とが対向して設けられこれ等の
間に封液が満たされて検出すべき圧力に応じて差動的に
変化する第1及び第2静電容量を形成する差動容量セン
サと、第1及び第2静電容量に対応する容量信号をデジ
タル信号に変換して演算処理するマイクロコンピュータ
ユニットと、このマイクロコンピュータユニットでの演
算結果をアナログ信号に変換して出力する圧力伝送器に
おいて、マイクロコンピュータユニットにより圧力の測
定範囲内の任意の3点における既知の校正圧力Pcに対
して得られる3個の容量信号Vcをデジタル変換してメ
モリに格納し格納されたこれ等のデータ対(Pc、Vc
)を用いて差動容量式の原理から導かれた式 Vc=[aPc/(b  Pc’)]+cの係数a、b
、cを決定する係数演算手段と、マイクロコンピュータ
ユニットによりこの様にして決定された係数a、b= 
cを用いて未知の測定圧力PMに対応して得られた容量
信号VMから式%式%)] ) (但しVM:CのときP閂=0) により入出力特性の補正演算がされた測定圧力Pにより
入出力特性の補正演算手段とを具備するようにしたもの
である。
Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides a method in which a first electrode and a second electrode are provided facing the moving electrode, and a sealing liquid is filled between them. a differential capacitance sensor forming first and second capacitances that differentially change according to the pressure to be detected; and converting capacitance signals corresponding to the first and second capacitances into digital signals. In the microcomputer unit that performs calculation processing, and in the pressure transmitter that converts the calculation results of this microcomputer unit into an analog signal and outputs it, the microcomputer unit performs known calibration at any three points within the pressure measurement range. The three capacitance signals Vc obtained for the pressure Pc are digitally converted and stored in a memory, and these stored data pairs (Pc, Vc
), the coefficients a, b of the formula Vc = [aPc/(b Pc')] + c derived from the principle of differential capacitance type
, c, and the coefficients a, b= determined in this way by the microcomputer unit.
Measurement in which the input/output characteristics are corrected using the formula % formula %)] (however, when VM: C, P bar = 0) from the capacitance signal VM obtained corresponding to the unknown measured pressure PM using c. The apparatus is also provided with a calculation means for correcting the input/output characteristics based on the pressure P.

く作 用〉 マイクロコンピュータユニットの係数設定手段により圧
力の測定範囲内の任意の3点における既知の校正圧力P
cに対して得られる例えば3個の容量信号VCをデジタ
ル変換してメモリに格納し格納されたこれ等のデータ対
(Pc 、Vc )を用いて式 %式%] の係数a、b、cを決定する。
Function> The known calibration pressure P at any three points within the pressure measurement range is determined by the coefficient setting means of the microcomputer unit.
For example, the three capacitance signals VC obtained for c are digitally converted and stored in a memory, and the stored data pairs (Pc, Vc) are used to calculate the coefficients a, b, c of the formula %. Determine.

この後、マイクロコンピュータユニットの補正演算手段
により決定された係数a、b、cを用いて未知の測定圧
力PMに対応して得られた容量信号V−から式 Pr+=[a± I  (a2+4  (VM   C
)  ’  b  )  112]/−2(V阿−C〉 (但しVM=CのときPM=O) により入出力特性の補正演算がされた測定圧力P閂を出
力する。
Thereafter, the formula Pr+=[a± I (a2+4 ( V.M.C.
) 'b) 112]/-2(Va-C> (However, when VM=C, PM=O) Outputs the measured pressure P bar whose input/output characteristics have been corrected by calculation.

以上により、少ない校正点数で測定圧力に対して精度の
良い出力信号を得ることができる。
As described above, it is possible to obtain a highly accurate output signal for the measured pressure with a small number of calibration points.

く実總例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図である
Practical Examples> Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

29は差動容量センサであり、移動電極7に対して固定
量&S、9か対向配置され、それぞれ静電容量C4、C
2が形成されている。
29 is a differential capacitance sensor, which is arranged opposite to the movable electrode 7 by a fixed amount &S, and has capacitances C4 and C, respectively.
2 is formed.

30はマイクロプロセッサユニットである。31は静電
容i CI 、C2を対応する時間信号に変換する静電
容量/時間変換器であり、32は時間信号をデジタル値
に変換するタイマカウンタである。これ等でアナログ/
デジタル変換器33を構成している。35はRAM (
ランダムアクセスメモリ)、36はROM (リードオ
ンリーメモリー〉又はEEPROM (エレクトリ力す
エラーザブルプログラムROM)或いはこれ等の合成で
あるが代表としてROMとして取り扱い、これ等のアド
レス指定はcpu(プロセッサ)37からバス38、ラ
ッチデコーダ39を介してなされる。40はデータバス
である。タイマカウンタ32からの出力データはRAM
35へ格納される。
30 is a microprocessor unit. 31 is a capacitance/time converter that converts the capacitance i CI , C2 into a corresponding time signal, and 32 is a timer counter that converts the time signal into a digital value. Analog/
A digital converter 33 is configured. 35 is RAM (
Random access memory), 36 is ROM (read only memory), EEPROM (electronic errorable program ROM), or a combination of these, but it is typically handled as ROM, and the addressing of these is from the CPU (processor) 37. This is done via a bus 38 and a latch decoder 39. 40 is a data bus. The output data from the timer counter 32 is transferred to the RAM.
35.

ROM36には所定の演算プログラムおよび初期データ
が格納されており、CPU36の制御の基にROM36
に格納された演算手順にしたがって演算された結果はR
AM35に格納される。なお、コントロールバスの図示
は省略しである。最絆の演算結果は、タイマ/カウンタ
41によりデユティ信号に変換され、デユーティ信号は
デユティ/アナログ変換器42でアナログ信号に変換さ
れて出力@43に出力する。タイマ/カウンタ41とデ
ユーティ/アナログ変換器42とでデジタル/アナログ
変換器44を構成する。
A predetermined calculation program and initial data are stored in the ROM 36, and the ROM 36 is stored under the control of the CPU 36.
The result calculated according to the calculation procedure stored in R
It is stored in AM35. Note that the illustration of the control bus is omitted. The calculation result of the closest connection is converted into a duty signal by a timer/counter 41, and the duty signal is converted into an analog signal by a duty/analog converter 42 and outputted to an output @43. The timer/counter 41 and the duty/analog converter 42 constitute a digital/analog converter 44.

第2図は第1図における静電容量/時間変換器の構成を
示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the capacitance/time converter in FIG. 1.

移動S極7と共通電位点COMの間には浮遊容量C5が
形成されており、移動量′#717はインバタG、の入
力端に接続されている。インバータG1の出力端はイン
バータG2を介してカウンタCTの入力端CLに接続さ
れている。ナントゲートG3の入力の一端はカウンタC
Tの出力端QTLと接続され、ナントゲートG4の入力
の一端はカウンタCTのnビットの出力@ Q TLと
インバータG5を介して接続されている。ナントゲート
Gコ、G4の入力のfl!!@はインバータG、の出力
端と各々接続され、これ等の出力端はそれぞれ固定電極
9.8と接続されている。また、ナントゲートG3、G
4の出力端の間にはナントゲートG6の各入力端が接続
され、その出力端は双方向定電流回路CCを介してイン
バータG1の入力端に接続されている。なお、各素子は
例えばCMO3で形成されている。
A stray capacitance C5 is formed between the moving S pole 7 and the common potential point COM, and the moving amount '#717 is connected to the input end of the inverter G. The output end of inverter G1 is connected to the input end CL of counter CT via inverter G2. One end of the input of Nant gate G3 is counter C
One end of the input of the Nandt gate G4 is connected to the n-bit output @QTL of the counter CT via an inverter G5. Nantes Gate Gco, G4 input fl! ! @ are respectively connected to the output terminals of the inverter G, and these output terminals are respectively connected to the fixed electrodes 9.8. Also, Nantes Gate G3, G
Each input terminal of a Nandt gate G6 is connected between the output terminals of the inverter G6 and the output terminal thereof is connected to the input terminal of the inverter G1 via a bidirectional constant current circuit CC. Note that each element is made of CMO3, for example.

カウンタCTの出力@QTLが負(ローレベル〉に保持
されている期間T、はナントゲートG4、静電容量C1
、インバータG、で構成される正帰還ループが形成され
ている。このため、ナントゲートG、1の出力端の電位
が正の電源電圧中E(ハイレベル)のときは静電容量C
7が充電されインバータG、の入力電圧が上昇しスレッ
ショルドVvHに達するとインバータG、の出力端の電
位は垂直に立下り負の電源電圧−E(0−レベル〉とな
る、従って、ナントゲートG4の出力端はハイレベルと
なり、ナントゲートG3の出力端はカウンタCTの出力
端QTLがローレベルに保持されているかぎりハイレベ
ルになっているので、ナントゲートG6の出力端はロー
レベルになり双方向定電流回路CCより一定の電流値i
で静電容量C4の電荷を放電し始める。従って、インバ
ータG1の入力端の電位は一定の割合で減少しスレッシ
ョルドvy Hに達するとインバータG、の出力端の電
位がハイレベルに反転する。インバータG1の入力電圧
の立ち下りから双方向定電流回路CCの放電によるスレ
ッショルドVTHに達するまでの時間t1は静電容量C
1に比例する。
The period T during which the output of the counter CT @QTL is held negative (low level) is the Nant gate G4 and the capacitance C1.
, an inverter G, and a positive feedback loop is formed. Therefore, when the potential at the output terminal of the Nant gate G,1 is E (high level) in the positive power supply voltage, the capacitance C
7 is charged and the input voltage of inverter G rises and reaches the threshold VvH, the potential at the output terminal of inverter G falls vertically and becomes the negative power supply voltage -E (0-level). Therefore, the Nant gate G4 The output terminal of the Nant gate G3 becomes a high level, and the output terminal of the Nant gate G3 remains at a high level as long as the output terminal QTL of the counter CT is held at a low level, so the output terminal of the Nant gate G6 becomes a low level and both A constant current value i from the constant current circuit CC
The charge in the capacitance C4 starts to be discharged. Therefore, the potential at the input end of inverter G1 decreases at a constant rate, and when it reaches the threshold vyH, the potential at the output end of inverter G1 is inverted to a high level. The time t1 from the fall of the input voltage of the inverter G1 until reaching the threshold VTH due to discharge of the bidirectional constant current circuit CC is the capacitance C
Proportional to 1.

次に、インバータG、の出力端の電位がハイレベルにな
るとナントゲートG4の出力端の電位はローレベルとな
り静電容量C1は逆方向に充電される。この場合には、
ナントゲートG6の出力端の電位はハイレベルとなり、
双方向定電流回路CCより静電容量C1が一定の電流値
iで充電され、インバータG、の入力端の電位が一定の
割合で増加しスレッショルドVT Hに達するとインバ
ータG、の出力端の電位がローレベルに反転する。この
インバータG1が反転するまでの時間t、−も静電容量
C1に比例している0以上の動作をカウンタCTの出力
端QTLの8位がローレベルになるまで繰り返す、従っ
て、カウンタCTの出力r4AQ孔の電位がローレベル
に保持されている期間T。
Next, when the potential at the output terminal of the inverter G becomes high level, the potential at the output terminal of the Nandt gate G4 becomes low level and the capacitance C1 is charged in the opposite direction. In this case,
The potential at the output terminal of Nant gate G6 becomes high level,
The capacitance C1 is charged by the bidirectional constant current circuit CC with a constant current value i, and the potential at the input end of the inverter G increases at a constant rate, and when it reaches the threshold VTH, the potential at the output end of the inverter G increases. is inverted to low level. The time t until the inverter G1 is inverted is also proportional to the capacitance C1. This operation of 0 or more is repeated until the 8th position of the output terminal QTL of the counter CT becomes a low level. Therefore, the output of the counter CT A period T during which the potential of the r4AQ hole is maintained at a low level.

は静電容量C1に・比例した値となる。is a value proportional to the capacitance C1.

カウンタCTがnビットを計数するとその出力端QTL
の電位がハイレベルに反転し、ナンドゲトG3、静電容
量C2、インバータG、で構成される正帰還ループが選
択され、カウンタCTの出力端がローレベルに保持され
ている場合と同様にして発振する。従って、カウンタC
Tの出力端Q、がハイレベルに保持されている期間T2
は静電容量C2に比例する。
When counter CT counts n bits, its output terminal QTL
The potential of is inverted to high level, a positive feedback loop consisting of NAND gate G3, capacitance C2, and inverter G is selected, and oscillation occurs in the same way as when the output terminal of counter CT is held at low level. do. Therefore, counter C
A period T2 during which the output terminal Q of T is held at a high level
is proportional to capacitance C2.

以上の如くして、静電容量/時間変換器31は静電容量
C,、C2を時間T7、T2に周期的に変換する。変換
された時間T + 、T 2はタイマカウンタ32でデ
ジタル値に変換される。
As described above, the capacitance/time converter 31 periodically converts the capacitances C, C2 into times T7 and T2. The converted times T + and T 2 are converted into digital values by the timer counter 32 .

次に、第1図におけるこれ等の変換されたデジタル値の
処理について第3図に示すフローチャート図を用いて説
明する。
Next, the processing of these converted digital values in FIG. 1 will be explained using the flowchart shown in FIG. 3.

まず、静電容量CI、C2と圧力Pなどとの関係につい
て説明する。
First, the relationship between the capacitances CI and C2 and the pressure P will be explained.

移動電極7と固定を極8.9との間に封入されている封
液の比誘電率をε、Aを各電極の電極面積、dを圧力P
がゼロのときの各電極間の距離、Δχを圧力Pによる移
動電極7の変位とすれば、静電容量CI、C2は C,=εA/(d−Δχ)  ・・・(01)C2=ε
A/(d+Δχ)  ・・・(02)となる、ここで、
αを固定定数とすれば、Δχ=αP の関係があるから、g=εA/α、h=d/αとおけば
、(01)、(02)式はそれぞれC、= g / (
h −P )     ・・・(03)C2= g /
 (h + P )     ・・・(04)となる。
The relative dielectric constant of the sealing liquid sealed between the moving electrode 7 and the fixed pole 8.9 is ε, A is the electrode area of each electrode, and d is the pressure P.
If the distance between each electrode when Δχ is zero is the displacement of the moving electrode 7 due to the pressure P, then the capacitance CI, C2 is C, = εA/(d-Δχ) ... (01) C2= ε
A/(d+Δχ) ...(02), where,
If α is a fixed constant, there is a relationship Δχ = αP, so if we set g = εA/α and h = d/α, equations (01) and (02) become C, = g / (
h − P ) ... (03) C2 = g /
(h + P) ...(04).

したがって、これ等の式から (CI  C2) / (CI +C2) −P/ h
・・・(05) が得られる。つまり、(CI  C2)/ (CI 十
C2)の演算をマイクロコンピュータユニット30で演
算すれば圧力Pに比例した容量出力V01を得ることが
できる。
Therefore, from these formulas, (CI C2) / (CI + C2) -P/ h
...(05) is obtained. In other words, if the microcomputer unit 30 calculates (CI C2)/(CI + C2), a capacity output V01 proportional to the pressure P can be obtained.

しかしながら、実際には第2図に破線で示すように、移
動量[i7と固定t[i8.9との間には測定入力であ
る圧力Pが変化しても全く変化しない浮遊容量Csが存
在する。この場合は簡単のため浮遊容量Csは移動量′
&7と固定電極8.9との間で同一としである。
However, in reality, as shown by the broken line in Figure 2, there is a stray capacitance Cs between the moving amount [i7 and the fixed t[i8.9] that does not change at all even if the pressure P that is the measurement input changes. do. In this case, for simplicity, the stray capacitance Cs is the amount of movement'
&7 and the fixed electrode 8.9.

この様な場合に検出される容量出力V02は、Kを定数
とすれば Vo 2 =K [(CI +C’; )   (C2
+Cs ) ]/ [<CI +Cs )+ (C2+
C8)コK (CI  C2)/ (CI +C2+2
C9)・・・(06) となる。この式に(03)、(04)式を代入し整理す
ると、 Vo 2 = (KgP/Cs )/ [(gh/Cs
 )+h  2−p’  >  コ         
 ・・・ (07)となる。ここで、各係数を a = K g / C6 b= (gh/Cs )+h2 とおくと、(07)式は Vo 2 =aP/ (b  P’ )   −(08
)となる。しかし、この〈08)式は静電容量C1と0
2が理想的に作られた場合であり、現実には寸法が一致
してないなどのため圧力Pがゼロであっても容量出力V
03〜0となり、オフセット量を示す係数Cを考慮する
と、(08)式はVo 3 =aP/ (b  P2)
+c−<09)となる。
The capacitance output V02 detected in such a case is Vo 2 =K [(CI +C'; ) (C2
+Cs ) ]/[<CI +Cs )+ (C2+
C8) KoK (CI C2)/ (CI +C2+2
C9)...(06) becomes. Substituting equations (03) and (04) into this equation and rearranging it, Vo 2 = (KgP/Cs)/[(gh/Cs
)+h 2-p'> Ko
... (07). Here, if each coefficient is set as a = K g / C6 b = (gh/Cs) + h2, equation (07) becomes Vo 2 = aP/ (b P' ) - (08
). However, this equation (08) shows that the capacitance C1 and 0
2 is ideally made, and in reality, the dimensions do not match, so even if the pressure P is zero, the capacity output V
03 to 0, and considering the coefficient C indicating the amount of offset, equation (08) becomes Vo 3 =aP/ (b P2)
+c-<09).

この(09)式の未知数は係数a−b、cの3個である
ので、3点のPとVc3を用いて校正をすれば決定する
ことができる。
Since there are three unknowns in equation (09), coefficients a-b and c, it can be determined by calibrating using the three points P and Vc3.

そこで、次に係数a、b、cを求める校正手続について
説明する。圧力Pを校正圧力Pcとして印加したときの
容量出力V03をvcとすれば、測定圧力範囲内の3点
[Vc  (0) 、Pc  (0)][Vc  (1
)、Pc  (1)]、[Vc(2)、Pc(2)]の
校正点の値を〈o9)式に代入して、 Vc(○)=aPc (0)/ (b−Pc (0)2
)+C・・・(10) Vc  (1)=aPc  (1)/ (b−Pc  
(1)2 )+C・・・(11) Vc  (2)=aPc  (2)/ (b−Pc  
(2)2 )+C・・・(12) を得る。−数的には、入力がPc=Oを使用するからこ
こではPc  (0)−0とすると(1o)式%式%(
13) となり、これを(11)式に代入して、a=[(Vc 
 (1)−Vc  (0))(b  Pc  (1)2
)]/Pc  (1)・・・(14) を得る。この(14〉式を(12)式に代入すると b=Pc  (1)  ・ Pc  (2)  [(V
c  (2)  −Vc  (0))Pc  (2) 
  (Vc  (1)Vc  (0)  )  Pc 
 (1)  ]/ [(Vc(2)−Vc(0))Pc
(1)   (Vc(1)  Vc  (0))Pc 
 (2)コ・・ (15) となる、この(15)式で得られた係数すを(14)式
に代入すれば係数aを得る。
Therefore, next, a calibration procedure for obtaining coefficients a, b, and c will be explained. If the capacitance output V03 when the pressure P is applied as the calibration pressure Pc is vc, three points within the measurement pressure range [Vc (0), Pc (0)] [Vc (1
), Pc (1)], [Vc(2), Pc(2)] into the formula <o9), Vc(○)=aPc(0)/(b-Pc(0) )2
)+C...(10) Vc (1)=aPc (1)/(b-Pc
(1)2)+C...(11) Vc (2)=aPc (2)/(b-Pc
(2) 2 )+C...(12) Obtain. - Numerically, since the input uses Pc = O, here Pc (0) - 0, then (1o) formula % formula % (
13), and by substituting this into equation (11), a=[(Vc
(1)-Vc (0))(b Pc (1)2
)]/Pc (1)...(14) are obtained. Substituting this equation (14) into equation (12), b=Pc (1) ・Pc (2) [(V
c (2) −Vc (0))Pc (2)
(Vc (1)Vc (0)) Pc
(1) ]/[(Vc(2)-Vc(0))Pc
(1) (Vc(1)Vc(0))Pc
(2) Co... (15) By substituting the coefficient s obtained by this equation (15) into the equation (14), the coefficient a is obtained.

以上の(10)式から(15)式に示す係数演算手順に
より係数a、b、cを求めることができる。この係数演
算はマイクロコンピーユータユニット30を用いて演算
される。
The coefficients a, b, and c can be obtained by the coefficient calculation procedure shown in equations (10) to (15) above. This coefficient calculation is performed using the microcomputer unit 30.

ROM36にはステップ■で例えば初期データとして係
数a、b、cの初期値aO1bo、c。
In the ROM 36, for example, initial values aO1bo, c of coefficients a, b, and c are stored as initial data in step (3).

などが与えられ、さらにステップ■で(09)式の演算
手順、或いは後述する補正演算手順などが格納されてい
る。
etc. are given, and furthermore, in step (2), the calculation procedure of equation (09) or the correction calculation procedure to be described later is stored.

以上の状態において、差動容量センサ29に第1回目の
校正圧力Pc(0)を印加しCPU37の制御の下に差
動容量センサ29より静電容量C7、C2が読み込まれ
(ステップ■)デジタル信号に変換されてRAM35に
格納(ステップ■)される0次に、ステップ■で静電容
量C1、C2の読み込み回数が3回になったか否かを判
断し、3回に達しないときは差動容量センサ29に第2
回目の校正圧力pc(t)を印加してステップ■に戻り
静電容量C1、C2を読み込み、CPU37は第1回目
と同様にしてデータをRAM35に格納する。第3回目
も同様にしてデータを測定する。
In the above state, the first calibration pressure Pc (0) is applied to the differential capacitance sensor 29, and the capacitances C7 and C2 are read from the differential capacitance sensor 29 under the control of the CPU 37 (step ■). The zero is converted into a signal and stored in the RAM 35 (step ■). Next, in step ■, it is determined whether the number of times the capacitors C1 and C2 have been read has reached three times, and if it has not reached three times, the difference is determined. The second dynamic capacitance sensor 29
After applying the calibration pressure pc(t) for the first time, the process returns to step (2) and the capacitances C1 and C2 are read, and the CPU 37 stores the data in the RAM 35 in the same manner as the first time. Data is measured in the same manner for the third time.

以上のようにしてステップ■でRAM35に格納された
データを用いてステップ■でROM36に格納されてい
る演算プログラムにより(13)〜(15)に示す演算
を実行して差動容量センサ29に固有の係数a、b、c
を確定してRAM 35の所定領域に格納する(ステッ
プ■)。
Using the data stored in the RAM 35 in step (2) as described above, the calculations shown in (13) to (15) are executed by the calculation program stored in the ROM 36 in step (2), which is unique to the differential capacitance sensor 29. coefficients a, b, c
is determined and stored in a predetermined area of the RAM 35 (step 2).

次に、確定された係数a、b、cを用いて次に説明する
補正演算式を確定する。
Next, using the determined coefficients a, b, and c, a correction calculation formula to be described next is determined.

測定圧力が入力されたときに得られる容量信号■−から
逆に印加された測定圧力PMを求めるためには、P=P
閂、V03=VMとして(09)式のPについて解くと
、 (VM −c )PM 2−aPM+ (VM−c)b
=0 となる、これはPMについての2次方程式であるから、
PMについて解くと PH=[a± I  (a2 +4  (VM−c)’
  b)  112コ/−2(V門−C)     ・
・・(16)となる、但し、V11=cのときPM=O
である。
In order to find the applied measurement pressure PM from the capacitance signal ■- obtained when the measurement pressure is input, P=P
By setting V03=VM and solving for P in equation (09), we get (VM -c )PM 2-aPM+ (VM-c)b
=0, since this is a quadratic equation for PM,
Solving for PM, PH=[a± I (a2 +4 (VM-c)'
b) 112 pieces/-2 (V gate-C) ・
...(16), however, when V11=c, PM=O
It is.

土の符号はVMとprqとの関係により選択するが一般
的にはPM)0のときにVM)0となる場合は−を選択
すれば良い。
The sign of earth is selected depending on the relationship between VM and prq, but in general, when PM)0 becomes VM)0, - may be selected.

ステップ■でRAM35に格納された係数デタa、b、
cが用いられた補正演算式(16)はEEPROMとし
て機能するROM36の中にステップ■で固定的に格納
される。
The coefficient data a, b, stored in the RAM 35 in step ①
The correction calculation formula (16) in which c is used is fixedly stored in the ROM 36 functioning as an EEPROM in step (2).

次に、ステップ■に移行し、測定圧力PMを印加したと
きにアナログ/デジタル変換器33を介して得られた容
量信号VMからCPU37は補正演算式(15)により
印加された測定圧力P門を演算し、ステップ[相]に移
行してデジタル/アナログ変換器44を介して出力する
。以後、ステップ■、■を繰り返して圧力を測定する。
Next, the process moves to step (2), and the CPU 37 calculates the applied measurement pressure P using the correction calculation formula (15) from the capacitance signal VM obtained via the analog/digital converter 33 when the measurement pressure PM is applied. It is calculated, moves to step [phase], and outputs via the digital/analog converter 44. Thereafter, repeat steps ① and ② to measure the pressure.

この様な補正演算がなされて出力された出力値と入力値
との関係は第4図(イ)に示すように破線で示す実際の
特性と点線で示す補正曲線とから分るように極めて良い
近似を示し、第4図(ロ)に示すように出力誤差はきわ
めて小さい。
The relationship between the output value and input value output after such correction calculations is extremely good, as can be seen from the actual characteristics shown by the broken line and the correction curve shown by the dotted line, as shown in Figure 4 (a). The output error is extremely small as shown in FIG. 4 (b).

以上は圧力伝送器の場合について説明したが、差圧伝送
器の場合にも同様に適用することができる。但し、差動
伝送器の場合は測定圧力が正負の双方にまたかり、移動
電極の動きが正負で異なり全く対称にならない。そこで
、係数a、b= cを算出する校正手順において、正入
力側3点で求めた係数a−b、cのほかに負入力側で求
めた係数a\b\C−が必要となる。但し、入力ゼロの
点は共用できるのでC=C−となり、5点で校正するこ
ととなる。つまり、校正点5点で係数a、b、C,a−
1b−を求め、Vc>cのときには係数a、b、cを用
いてPcを求め、V(=cのときにはPc=Oとし、V
C<Cのときには係数a−1b−1cを用いてPcを求
める、という手順で差圧伝送器でも全範囲に亘って第5
図に示すように精度を向上させることができる。
Although the case of a pressure transmitter has been described above, the present invention can be similarly applied to a differential pressure transmitter. However, in the case of a differential transmitter, the measured pressure spans both the positive and negative sides, and the movement of the moving electrode is different between the positive and negative sides and is not completely symmetrical. Therefore, in the calibration procedure for calculating coefficients a, b=c, in addition to the coefficients a-b, c found at the three points on the positive input side, the coefficient a\b\C- found on the negative input side is required. However, since the zero input point can be shared, C=C-, and calibration is performed using five points. In other words, at five calibration points, coefficients a, b, C, a-
1b-, and when Vc>c, use coefficients a, b, and c to find Pc, and when V(=c, Pc=O, and V
When C<C, the coefficient a-1b-1c is used to find Pc, and even with a differential pressure transmitter, the fifth
As shown in the figure, accuracy can be improved.

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように所定の演算
式に校正入力を与えて補正曲線の係数を係数演算手段に
より求め、補正演算手段によりこの係数を用いて差動容
量センサの特性を補正する補正曲線を特定して演算する
ようにしたので、少ない校正点数で高精度の補正をする
ことができ、このため作業効率が向上し、コストの低減
に寄与する。
<Effects of the Invention> As explained above in detail with the embodiments, the coefficients of the correction curve are determined by the coefficient calculation means by applying the calibration input to the predetermined calculation formula, and the correction calculation means uses the coefficients to calculate the differential capacitance. Since the correction curve for correcting the characteristics of the sensor is specified and calculated, highly accurate correction can be performed with a small number of calibration points, which improves work efficiency and contributes to cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図、第
2図は第1図における静電容量/時間変換器の具体的な
構成を示す回路図、第3図は第1図に示す実施例の動作
を説明するフローチャート図、第4図は第1図に示す実
施例の効果を説明する特性図、第5図は本発明を差圧伝
送器として使用したときの効果を説明する特性図、第6
図は従来の折れ線近似の場合の特性を示す特性図、第7
図は従来の多項式近似の場合の特性を示す特性図である
。 7・・・移動電極、8.9・・・固定電極、29・・・
差動容量センサ、30・・・マイクロプロセッサユニッ
ト、33・・・アナログ/デジタル変換器、35・・・
ランダムアクセスメモリー、36・・・リードオンリー
メモリー、37・・・プロセッサ、44・・・デジタル
/アナログ変換器。 図 31静電容量/B今PiI変を要認 7′ 区 σ) 存 第 4 図 第 図 第 ム 図 第 ワ 図
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of the capacitance/time converter in FIG. 1, and FIG. 3 is similar to FIG. 1. FIG. 4 is a characteristic diagram explaining the effect of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a flowchart explaining the operation of the embodiment shown in FIG. Characteristic diagram, 6th
The figure is a characteristic diagram showing the characteristics in the case of conventional polygonal line approximation.
The figure is a characteristic diagram showing the characteristics in the case of conventional polynomial approximation. 7... Moving electrode, 8.9... Fixed electrode, 29...
Differential capacitance sensor, 30... Microprocessor unit, 33... Analog/digital converter, 35...
Random access memory, 36... Read only memory, 37... Processor, 44... Digital/analog converter. Figure 31 Capacitance/B Now PiI change required 7' Ward σ) Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 移動電極に対して第1電極と第2電極とが対向して設け
られこれ等の間に封液が満たされて検出すべき圧力に応
じて差動的に変化する第1及び第2静電容量を形成する
差動容量センサと、前記第1及び第2静電容量に対応す
る容量信号をデジタル信号に変換して演算処理するマイ
クロコンピュータユニットと、このマイクロコンピュー
タユニットでの演算結果をアナログ信号に変換して出力
する圧力伝送器において、前記マイクロコンピュータユ
ニットにより前記圧力の測定範囲内の任意の3点におけ
る既知の校正圧力Pcに対して得られる3個の容量信号
Vcをデジタル変換してメモリに格納し格納されたこれ
等のデータ対(Pc、Vc)を用いて式 Vc=[aPc/(b−Pc^2)]+c の係数a、b、cを決定する係数演算手段と、前記マイ
クロコンピュータユニットによりこの様にして決定され
た係数a、b、cを用いて未知の測定圧力P_Mに対応
して得られた容量信号V_Mから式 P_M=[a±{(a^2+4(V_M−c)^2b}
^1^/^2]/−2(V_M−c)、 (但しV_M=cのときP_M=O) により入出力特性の補正演算がされた測定圧力P_Mを
出力する補正演算手段とを具備することを特徴とする圧
力伝送器。
[Claims] A first electrode and a second electrode are provided to face the movable electrode, and a sealing liquid is filled between these electrodes, and the second electrode changes differentially in accordance with the pressure to be detected. a differential capacitance sensor forming first and second capacitances; a microcomputer unit that converts capacitance signals corresponding to the first and second capacitances into digital signals and performs arithmetic processing; In a pressure transmitter that converts the calculation result into an analog signal and outputs it, the microcomputer unit generates three capacitance signals Vc obtained for known calibration pressures Pc at arbitrary three points within the pressure measurement range. is digitally converted and stored in the memory, and using these stored data pairs (Pc, Vc), determine the coefficients a, b, and c of the formula Vc = [aPc/(b-Pc^2)] + c. The formula P_M=[a±{( a^2+4(V_M-c)^2b}
^1^/^2]/-2(V_M-c), (however, when V_M=c, P_M=O), and a correction calculation means for outputting the measured pressure P_M whose input/output characteristics have been corrected by the following. A pressure transmitter characterized by:
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